基于AD9954的多模式調制器的設計

1、基于AD9954的多模式調制器的設計    摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結構、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Butte軟件無線電是近年來提出的一種新的無線通信體系結構。它最初起源于軍事通信，是以開放

2、的、可擴展的、結構最簡的硬件為通用平臺，把盡可能多的功能用可升級、可替換的軟件來實現(xiàn)。軟件無線電的出現(xiàn)大大減小了硬件對通信系統(tǒng)的束縛，通過加載軟件就可以實現(xiàn)各種無線通信功能。    如何產(chǎn)生多種調制信號，一直是大家討論和關注的熱點。本文提出的方案就是基于超高速、先進DDS技術的數(shù)字中頻處理技術的方法，利用美AD公司推出的AD9954構建一個硬件平臺，結合相應的數(shù)字處理軟件和控制軟件，獲得多種調制信號。一方面由于體積變小，使用起來很方便，另一方面也大大降低了成本。1 DDS的原理介紹   直接數(shù)字頻率合成器DDS是近年來發(fā)展起來的一種新

3、的基于查找表的頻率合成技術。典型的DDS由相位累加器、ROM波形存儲表、DA轉換器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)和低通濾波器(LoW Passed Filter，LPF)組成，如圖1所示。    相位累加器由N位加法器與N位累加寄存器級聯(lián)構成。每來一個時鐘脈沖fs，加法器將頻率控制字FTW與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷

4、對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加1次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。    用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(ROM)的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內的波形抽樣值(二進制編碼)經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉換。波形存儲器的輸出送到DA轉換器，DA轉換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。    若相位累加器的位數(shù)為N

5、改變頻率控制字FTW或參考時鐘fs，就可以改變輸出頻率fo：         DDS在相對帶寬、頻率轉換時間、高分辨率、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面遠遠超過了傳統(tǒng)頻率合成技術所能達到的水平，為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號源的性能。2 AD9954芯片的介紹21 AD9954的主要性能特性   1)DDS采樣率可達400 MSPS；2)內置14位DAC；3)32位相位累加器；4)波特率達25 M的SPI接口；5)內置1 024x32位RAM，可實現(xiàn)內部調制；6)內部采用1

6、8 V供電，超低功耗；7)可自動線性和非線性掃頻。22 AD9954的原理及工作過程   AD9954是采用先進的DDS技術開發(fā)的高集成度DDS器件。該芯片的速度是業(yè)界第一個時鐘達到400 MHz，合成技術高達160 MHz，功耗200 mW。以前產(chǎn)品的合成頻率只有120 MHz且功耗卻有2 W。它能使設計者采用DDS在功率敏感的應用中在更高頻率輸出進行快速跳頻。     AD9954作為新型DDS系列的旗艦產(chǎn)品，內置高速、高性能14位DAC，它內含1 024x32靜態(tài)RAM，可實現(xiàn)高速調制，并支持幾種快速掃頻模式和精細的調

7、諧分辨率(32位頻率調諧字)?？商峁┳远x的線性掃頻操作模式，采用自動線性和非線性掃描功能來控制頻率調諧和相位，其中頻率調諧和控制字通過串行IO口加載到AD9954，可實現(xiàn)多片同步。3 系統(tǒng)設計原理框圖   多種調制信號平臺由TI的430單片機、Altera公司的FPGA、AD公司的AD9954、外圍的濾波和整形電路搭建而成。其中以AD9954為核心元器件來產(chǎn)生原始的所需波形，如圖2所示。    通過MCU控制FPGA的調制類型狀態(tài)和DDS調制芯片的寄存器數(shù)值，完成利用人機界面對整體電路的控制和配置過程。FPGA將AD轉換過后的基帶信

8、號通過確定的調制方式再經(jīng)相應的轉換送入DDS調制IC中。DDS的輸出信號經(jīng)功率放大后再進行輸出。    AD9954的串口與FPGA相連，F(xiàn)PGA通過AD9954的CS、SCLK、SDIO和SDO管腳向AD9954寫入數(shù)據(jù)和控制字。首先設置特定的寄存器控制字，允許RAM工作，接著將RAM輸出作為相位累加器的輸入給芯片提供頻率轉換字，然后寫好RAM段控制寄存器的值，定義起始地址、終止地址并選擇工作模式。例如，在RAM地址256511中寫入計算好的頻率值，主要操作過程如下：    1)允許RAM操作，清除CFR<30>；2)選

9、擇模式5即連續(xù)循環(huán)模式；3)選擇RAM段1，PS0=1，PS1=0；4)指令字節(jié)為00001001；5)定義通信階段的通信周期數(shù)為256，把數(shù)據(jù)寫入RAM存儲器地址256511中：6)改變IO UPDATE啟動模式工作。本系統(tǒng)可由地址的變化速率來計算調制速度，地址變化速率RAM段控制寄存器中的地址變化率控制字決定，其值的范圍是165 535，定義的時間是SYNC_CLK的周期數(shù)。由于SYNC_CLK最大為100 MHz，從而決定了地址變化率控制字為1時能定義的最快速度為100 MHz，假設一個波形要采集256個點，那么調制速度為100 MHz256=400 kHz；如果采樣點為100個，則調制

10、速度可達100 MHz100=1 MHz。由于AD9954產(chǎn)生的調制波形采樣點多，采樣時間精確，因此波形性能較好。4 輸出信號介紹及設置AD9954中的寄存器41 正弦信號   正弦波信號廣泛地應用于通信系統(tǒng)中，它可以作為載波信號來進行數(shù)字系統(tǒng)的調制，這不僅僅是因為它容易產(chǎn)生，最主要的是它便于接收并且形式簡單。其數(shù)學表達式為：       平臺上的實現(xiàn)：AD9954首先通過關閉RAM模式和線性掃頻模式來實現(xiàn)單頻模式，然后設置頻率字設置寄存器1來實現(xiàn)要獲得的頻率。它的頻率計算公式如下：   42 線性調頻信號